ЗБАГАЧЕННЯ НЕОРГАНІЧНОГО АНАЛОГУ МАРСІАНСЬКОГО ПИЛУ НОВІТНІМИ КАРБОНОВИМИ НАНОЧАСТИНКАМИ, ОТРИМАНИМИ ПРИ ЗГОРАННІ КАРБОГІДРАТІВ, ТА ОЦІНКА ЙОГО НЕЙРОТОКСИЧНОСТІ

Позднякова, НГ, Пастухов, АО, Дударенко, МВ, Галкін, МО, Сівко, РВ, Крисанова, НВ, Борисова, ТО
Косм. наука технол. 2018, 24 ;(2):60-71
https://doi.org/10.15407/knit2018.02.060
Мова публікації: Українська
Анотація: 
На теперішній час з’ясування механізмів порушення функціонування мозку за умов довготривалих пілотованих космічних місій є пріоритетним напрямом досліджень міжнародних наукових груп та актуальним завданням сучасної космічної біології. Ігнорування відповідних проблем функціонування нервової системи зробить неможливим подальші довготривалі міжпланетні космічні місії. Однією з можливих причин порушень функціонування мозку може бути токсичний вплив планетарного та міжзоряного пилу, склад і властивості якого, а також вплив його на здоров’я людини, зокрема нейротоксична дія, недостат- ньо досліджені. Вуглець широко поширений у марсіанському пилу і міжзоряному просторі та входить до складу метеоритів.
                У рамках даного дослідження неорганічний аналог марсіанського пилу (МП) (JSC, Mars-1A, ORBITEC Orbital Technologies Corporation, Медісон, штат Вісконсин, США) був збагачений у різній кількості карбоновими наночастинками (КНЧ), синте- зованими при згоранні карбогідратів. МП, збагачений КНЧ (КНЧ-МП), деполяризує плазматичну мембрану нервових тер- міналей головного мозку щурів, що показано методом флуориметрії з використанням флуоресцентного зонда родаміну 6G. Збільшення вмісту карбонової складової КНЧ-МП супроводжується зростанням деполяризації мембрани. КНЧ-МП суттєво знижує початкову швидкість накопичення та збільшує позаклітинний рівень нейромедіаторів L-[14С]глутамату та [3Н]ГАМК (-аміномасляної кислоти) в нервових терміналях. Збільшення вмісту КНЧ у складі КНЧ-МП супроводжується більш суттєвим зменшенням початкової швидкості накопичення нейромедіаторів та зростанням їхнього позаклітинного рівня. Тобто, нейротоксичний ефект КНЧ-МП пов'язаний виключно з активністю КНЧ, а не з дією його неорганічної скла- дової. Зниження концентрації КНЧ у складі пилу призводить до зниження його нейротоксичності. 
Ключові слова: L-[14С]глутамат, [3Н]- аміномасляна кислота, аналог марсіанського пилу, карбонові наночастинки, мембранний потенціал, нервові терміналі головного мозку, синаптосоми
References: 
 1. Abbott N. J. Inflammatory mediators and modulation of blood-brain barrier permeability // Cell. Mol. Neurobiol. — 2000. — 2. — Р. 131—147.
2. Allamandola L. J., Sandford S. A., Wopenka B. Interstellar polycyclic aromatic hydrocarbons and carbon in interplanetary dust particles and meteorites // Science. — 1987. — 4810. — P. 56—59.
3. Bhunia S. K., Saha A., Maity A. R., et al. Carbon nanoparticle-based fluorescent bioimaging probes // Sci. Rep. — 2013. — 1. — P. 1473.
4. Borisova T., Dekaliuk M., Pozdnyakova N., et al. Harmful impact on presynaptic glutamate and gaba transport by carbon dots synthesized from sulfur-containing carbohydrate precursor // Environ. Sci. Pollut. Res. — 2017. — 21. — P. 17688—17700.
5. Borisova T., Krisanova N., Sivko R., Borysov A. Cholesterol depletion attenuates tonic release but increases the ambient level of glutamate in rat brain synaptosomes // Neurochem. Int. — 2010. — 3. — P. 466—478.
6. Borisova T., Nazarova A., Dekaliuk M., et al. Neuromodulatory properties of fluorescent carbon dots: effect on exocytotic release, uptake and ambient level of glutamate and gaba in brain nerve terminals // Int. J. Biochem. Cell Biol. — 2015. — P. 203—215.
7. Bourdon J. A., Saber A. T., Jacobsen N. R., et al. Carbon black nanoparticle instillation induces sustained inflammation and genotoxicity in mouse lung and liver // Part. Fibre Toxicol. — 2012. — 1. — P. 5.
8. Cao L., Wang X., Meziani M. J., et al. Carbon dots for multiphoton bioimaging // J. Amer. Chem. Soc. — 2007. — 37. — P. 11318—11319.
9. Chandra S., Pathan S. H., Mitra S., et al. Tuning of photoluminescence on different surface functionalized carbon quantum dots // RSC Adv. — 2012. — 9. — P. 3602.
10. Chatterjee A., Wang A., Lera M., Bhattacharya S. Lunar soil simulant uptake produces a concentration-dependent increase in inducible nitric oxide synthase expression in murine raw 264.7 macrophage cells // J. Toxicol. Environ. Heal. Part A. — 2010. — 9. —P. 623—626.
11. Cotman C. W. Isolation of synaptosomal and synaptic plasma membrane fractions // Methods Enzymol. — 1974. — P. 445—452.
12. Danbolt N. C. Glutamate uptake // Prog. Neurobiol. — 2001. — 1. — P. 1—105.
13. Demchenko A. P., Dekaliuk M. O. Novel fluorescent carbonic nanomaterials for sensing and imaging // Methods Appl. Fluoresc. — 2013. — 4. — P. 42001.
14. Dorcčna C. J., Olesik K. M., Wetta O. G., Winter J. O. Characterization and toxicity of carbon dot-poly(lactic-coglycolic acid) nanocomposites for biomedical imaging // Nano Life. — 2013. — 1. — P. 1340002.
15. Esteves da Silva J. C. G., Gonçalves H. M. R. Analytical and bioanalytical applications of carbon dots // TrAC Trends Anal. Chem. — 2011. — 8. — P. 1327—1336.
16. Genc S., Zadeoglulari Z., Fuss S. H., Genc K. The adverse effects of air pollution on the nervous system // J. Toxicol. — 2012. — P. 782462.
17. Jiang J., He Y., Li S., Cui H. Amino acids as the source for producing carbon nanodots: microwave assisted one-step synthesis, intrinsic photoluminescence property and intense chemiluminescence enhancement // Chem. Commun. (Camb). — 2012. — 77. — P. 9634— 9636.
18. Kao Y.-Y., Cheng T.-J., Yang D.-M., et al. Demonstration of an olfactory bulb-brain translocation pathway for zno nanoparticles in rodent cells in vitro and in vivo // J. Mol. Neurosci. — 2012. — 2. — P. 464—471.
19. Lam C.-W., James J. T., Latch J. N., et al. Pulmonary toxicity of simulated lunar and martian dusts in mice: ii. biomarkers of acute responses after intratracheal instillation // Inhal. Toxicol. — 2002. — 9. — P. 917— 928.
20. Lam C.-W., James J. T., McCluskey R., et al. Pulmonary toxicity of simulated lunar and martian dusts in mice: i. histopathology 7 and 90 days after intratracheal instillation // Inhal. Toxicol .— 2002. — 9. — P. 901—916.
21. Larson E., Howlett B., Jagendorf A. Artificial reductant enhancement of the lowry method for protein determination // Anal. Biochem. — 1986. — 2. — P. 243—248.
22. Li H., Kang Z., Liu Y., et al. Carbon nanodots: synthesis, properties and applications // J. Mater. Chem .— 2012. — 46. — P. 24230.
23. Linnarsson D., Carpenter J., Fubini B., et al. Toxicity of lunar dust // Planet. Space Sci.—2012. — 1. — P. 57—71.
24. Luo P. G., Sahu S., Yang S.-T., et al. Carbon “quantum” dots for optical bioimaging // J. Mater. Chem. B. — 2013. — 16. — P. 2116.
25. Mikawa M., Kato H., Okumura M., et al. Paramagnetic water-soluble metallofullerenes having the highest relaxivity for mri contrast agents // Bioconjug. Chem. — 2001. — 4. — P. 510—514.
26. Oberdörster G., Sharp Z., Atudorei V., et al. Extrapulmonary translocation of ultrafine carbon particles following whole-body inhalation exposure of rats // J. Toxicol. Environ. Heal. Part A. — 2002. — 20. — P. 1531—1543.
27. Rehders M., Grosshöuser B. B., Smarandache A., et al. Effects of lunar and mars dust simulants on hacat keratinocytes and cho-k1 fibroblasts // Adv. Sp. Res. — 2011. — 7. — P. 1200—1213.
28. Roberts D. R., Albrecht M. H., Collins H. R., et al. Effects of spaceflight on astronaut brain structure as indicated on mri // N. Engl. J. Med. — 2017. — 18. — P. 1746— 1753.
29. Sun Y.-P., Zhou B., Lin Y., et al. Quantum-sized carbon dots for bright and colorful photoluminescence // J. Amer. Chem. Soc . — 2006. — 24. — P. 7756—7757.
30. Tao H., Yang K., Ma Z., et al. In vivo nir fluorescence imaging, biodistribution, and toxicology of photoluminescent carbon dots produced from carbon nanotubes and graphite // Small. — 2012. — 2. — P. 281—90.
31. Wallace W. T., Taylor L. A., Liu Y., et al. Lunar dust and lunar simulant activation and monitoring // Meteorit. Planet. Sci. — 2009. — 7. — P. 961–970.
32. Wang X., Qu K., Xu B., et al. Microwave assisted one-step green synthesis of cell-permeable multicolor photoluminescent carbon dots without surface passivation reagents // J. Mater. Chem. — 2011. — 8. — P. 2445.
33. Zhai X., Zhang P., Liu C., et al. Highly luminescent carbon nanodots by microwave-assisted pyrolysis // Chem. Commun. — 2012. — 64. — P. 7955.